3D打印“金屬木材”使鎳與鈦一樣堅固,，但輕了1/5

來源：cnBeta.COM

我們?nèi)粘Ｊ褂玫匿撹F和其他金屬并不像它們被描述得那樣強大,。構(gòu)成鋼,、鋁和鈦等金屬的晶體結(jié)構(gòu)賦予它們強度和柔韌性,，但這種結(jié)構(gòu)不完美,，因此所受應(yīng)力有時遠低于金屬本身的理論強度極限,。例如,，如果鈦具有理想的結(jié)構(gòu)，則其強度將提高10倍,。

克服這種情況的一種方法可以在普通木材中找到,。純纖維素是木材中的主要成分，但當(dāng)它形成復(fù)雜的木材結(jié)構(gòu)時,，它變得如此強大,，使木材和商用鋼具有相當(dāng)?shù)膹姸�,。在賓夕法尼亞大學(xué)機械工程與應(yīng)用力學(xué)系助理教授James Pikul的帶領(lǐng)下，這項新研究探討了采用金屬的新方法,，并賦予其多孔結(jié)構(gòu),，使木材具有強度。

在過去,，這已經(jīng)通過尋找將熔融金屬變成泡沫的方法,，或者使用具有百納米精度的3D打印來逐漸形成類似木材的金屬來完成。問題是金屬泡沫3D打印過程很慢,，很難從實驗室規(guī)模擴大規(guī)模,。

“我們稱之為金屬木材的原因不僅僅是它的密度，木材的密度,，而是它的細胞性質(zhì),，”Pikul表示�,！凹毎�材料是多孔��;如果你看看木紋,，那就是你所看到的 - 那些厚而致密的部分用于固定結(jié)構(gòu)，部分是多孔的,，用于支持生物功能,，如往返運輸細胞。我們的結(jié)構(gòu)很相似,。我們的區(qū)域厚而密,，有堅固的金屬支柱，多孔的區(qū)域有氣隙,。我們只是在長度級別上操作,，支柱的強度接近理論最大值�,！�

根據(jù)研究人員的說法,，關(guān)鍵是要采用更小的級別來提高強度。他們通過將幾百納米寬的塑料球懸浮在水中來實現(xiàn)這一目的,，并允許其蒸發(fā),。當(dāng)水消失時，球體會變成整齊的幾何結(jié)晶圖案,。然后用薄的鉻電鍍電鍍,，并用鎳填充球體。然后塑料被溶解,，剩下的是一個開放的金屬支柱網(wǎng)絡(luò),，有70％的空間 - 使其足夠輕，可以漂浮在水中,。

到目前為止,，測試金屬已經(jīng)是面積約為1平方厘米的金屬薄片形式,。而且，這是一個非常昂貴的過程,。然而,，研究人員的目標是可以更便宜地生產(chǎn)更多數(shù)量的材料。此外,，團隊需要了解“金屬木材”的特性,，例如敲擊時是否凹陷或破碎。

該技術(shù)的另一個有趣的潛力是金屬中的空白空間可以填充另一種材料,。就像木材中的毛孔用于容納活細胞并輸送水和養(yǎng)分一樣,，“金屬木材”可以填充有例如電池等材料，以產(chǎn)生諸如自供電機翼或假腿之類的東西,。

該研究發(fā)表在《自然》子刊《科學(xué)報道》(Scientific Reports)上,。

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